修改_第6章 生物技術及其應用.ppt

生物技術(biotechnology)是指利用生物系統、活生物體或其衍生物，為特定用途而生產或改變產品或過程的技術應用。 6-1　基因工程 隨著DNA的內部結構和遺傳機制的發現，尤其是現代分子生物學領域三大理論發現及三大技術發明對基因工程的發展起了決定性作用。這三大理論發現分別是： 第一，1940年代確定了遺傳訊息的攜帶者是DNA而不是蛋白質，從而明確了遺傳物質基礎問題 第二，在1950年代提出了DNA分子的雙螺旋結構模型和半保留複製機理，解決了基因的自我複製和傳遞問題 第三，50年代末期和60年代，相繼提出了「中心法則」和操縱子學說，並成功地破譯了遺傳密碼，從而闡明了遺傳訊息的流向和表現問題 一、基因工程的原理 基因工程(gene engineering)是指在基因水平上，採用與工程設計類似的方法，按照人們的需要進行設計，然後根據方案創建出具有某些新的性狀的生物新品系，並能使之穩定地遺傳給後代。 基因工程是現代生物工程的核心，其過程為： (1)從其他生物有機體基因組中，經過酶切消化或PCR擴增等步驟，或透過人工合成，獲得符合人們要求的DNA片段，這種DNA片段被稱為「目標基因」 (2)在體外，將目標基因與質體或病毒DNA連接，形成重組DNA分子 (3)把重組DNA轉移到適當的細胞中繁殖 (4)從大量的細胞繁殖群體中，篩選出獲得了重組DNA分子的受體細胞選殖 (5)從這些篩選出來的細胞選殖中，提取出已經得到擴增的目標基因，供進一步分析研究使用 (6)或將目標基因選殖到表現載體上，導入宿主細胞，使之在新的遺傳背景下實現功能表現、產生出人類所需要的物質（圖6.1）。 二、DNA重組技術 （一）工具酶 1968年，沃納?阿爾伯博士、丹尼爾?內森斯博士和漢密爾?史密斯博士第一次從大腸桿菌中提取出了限制性內切核酸酶，它能夠在DNA上尋找特定的「切點」，將DNA分子的雙股交錯地切斷。 命名是根據分離出該酶的微生物的學名進行，通常為3個字母，第一個字母大寫，來自微生物屬名第一個字母；第二、三字母小寫，來自微生物種名的頭兩個字母。 如果該微生物有不同的變種和品系，則再加一個大寫的來自變種或品系的第一個字母。從同一種微生物細胞中發現的幾種限制酶，則根據其分離的順序用Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ等羅馬數字表示。例如從澱粉液化芽孢桿菌H株中發現並分離的第一種限制酶，被稱為BamHⅠ。 1967年，研究人員分別在5個獨立實驗室裏先後發現並提取出一種酶，這種酶可以將兩個DNA片段連接起來，修復DNA股的斷裂口。 （二）基因選殖載體 細菌質體是存在於細胞質中的一類獨立於染色體的自主複製的遺傳成分，能自由進出細菌細胞，應具備以下條件： (1)分子質量小，多拷貝，易操作 (2)本身能夠作為複製子進行自主複製 (3)具有一種或多種限制性內切酶的單一切割位點，而且在酶切位點處插入外源DNA後，對質體的複製功能沒有影響 (4)判斷導入是否成功，事先應標記特定的標誌。 三、基因導入技術 人工分離或修飾過的目標基因必須導入到動植物或微生物基因組中，透過外源基因的表現，引起生物體性狀的可遺傳性修飾，才能實現基因工程的藍圖，這種基因導入技術通常稱為基因轉殖技術。經基因工程修飾的生物體又常被翻譯為「基因改造生物」(genetically modified organism, GMO)。 （一）植物基因轉殖技術 1.電穿孔法與聚乙二醇法（PEG法） 2.基因槍法 3.農桿菌介導轉形法 農桿菌介導的基因轉形技術是一種純生物學的基因轉殖系統，和其他的理化法基因轉殖技術（如PEG法、基因槍法等）相比，它具有以下優點。 (1)轉形效率高 (2)導入片段確定性強 (3)基因轉殖拷貝數低 (4)轉形DNA片段大 (5)經濟實用性好 （二）動物基因轉殖技術 1981年，人類第一次成功地將外源基因導入動物胚胎，創立了基因轉殖的動物技術。以後相繼報導了基因轉殖兔、綿羊、豬、魚、昆蟲、牛、雞、山羊、大鼠等成功例子。常使用的方法有顯微注射法、反轉錄病毒感染法、胚胎幹細胞法、精子載體法等。 （三）微生物基因轉殖技術 微生物中大腸桿菌是用得最廣泛的基因選殖受體，把重組DNA分子導入受體細胞。 四、基因工程的應用 （一）在醫藥工業上的應用 有抗腫瘤、抗病毒功能的干擾素(interferon)、細胞介白素(interleukin)等。 （二）在傳統發酵工業上的應用 例如抗生素、胺基酸、有機酸、酶製劑、醇類和維生素（尤其是Vc）等。 （三）在環境保護中的應用 1975年，有人把降解芳烴、萜烴和多環芳烴的質體轉移到能降解烴的一種假單胞菌中，獲得了能同時降解4種烴類的「超級菌」，它能把原油中2/3的烴分解掉。 （四）改良動物的品種 中國大陸從1995年起，大量投資開發體細胞選